2020 Fiscal Year Annual Research Report
Electrostatic interactions between multivalent ions and phase separation in charged lipid membranes
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17K05610
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| Research Institution | Japan Advanced Institute of Science and Technology |
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Principal Investigator |
下川 直史 北陸先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 講師 (20700181)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | リン脂質 / リポソーム / ベシクル / 脂質二重膜 / 相分離 / 静電相互作用 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
リン脂質が水中で形成する脂質二重膜は、生体膜のモデル系として用いられている。多成分脂質膜では、すべての成分が均一に混ざり合わない相分離が観察され、生体膜に存在するとされるラフト構造との関係から研究が進められてきている。本研究課題では特に電荷を有した荷電脂質を含む脂質二重膜での相分離や変形に注目し研究を進めている。当該年度は昨年度に引き続き１．多価塩が誘起する負電荷脂質膜での相分離、２．膜張力による二成分負電荷脂質膜での三相分離、３．多価負電荷脂質膜での相分離ドメイン界面張力測定、４．粗視化シミュレーションによる電場下での荷電脂質膜の相分離と変形、５．イオン性界面活性剤へのアルカン添加による膜の構造相転移を行ってきた。
１．では価数、構造の異なる塩を荷電脂質膜に添加し相分離を観察した。昨年度から引き続き、濃度・温度といったパラメータを変化させ測定を行った。さらに分子動力学シミュレーションを併用し水中での添加塩の構造に関する研究もスタートさせた。
２．では浸透圧により荷電脂質膜で相分離が誘起され、脂質二成分系にも関わらず三相共存が現れることがわかった。相分離ダイナミクスの観察等を行い、論文としてまとめ現在投稿中である。
３．では１価と３価の負電荷リン脂質が相分離界面張力を低下させること、塩の添加で張力の低下が抑えられることを示した。特に、線張力の定量的測定を行った。
４．では粗視化シミュレーションを用いて、荷電ベシクルに電場を印加し、相分離と膜変形を解析した。電場によるドメインの易動度を理論的なモデルから考察した。
５．ではカチオン性界面活性剤にアルカンを添加することで、指組構造から二重膜構造へと転移することを実験・理論から明らかにした。そのうち理論部分を担当した。カチオン頭部の静電反発と疎水部の露出のエネルギーのつり合いから構造相転移を記述した。論文を投稿し受理された。
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